Tranzistory

Známe tři elektrody tranzistoru, avšak nevíme kterou z nich připojit na výstup a kterou na vstup zesilovače. Zesilovači dáváme přednost, protože bývá nejčastějším využitím tranzistoru. Odpověď vás asi překvapí: libovolné dva vývody, z možných tří, mohou patřit ke vstupu nebo výstupu zesilovače. Takové možnosti existují tři, a proto také existují tři základní zapojení tranzistoru: se společným editorem (SE), se společnou bází (SB) a se společným kolektorem (SC). Ze zapojení na obrázku je vidět, že jedna elektroda je vždy společná pro vstup i výstup tranzistoru.

Nejrozšířenější zapojení je se společným editorem – SE, ale nebude na škodu když se seznámíme s dalšími zapojeními a to se společnou bází (SB) a se společným kolektorem (SC). U zapojení SC je nutno podotknou že se v tomto zapojení nepoužívá. Vlastnosti uvedených zapojení se značně liší. Proto konstruktér volí vždy takové zapojení, které odpovídá jeho požadavkům na chování tranzistoru v elektrickém obvodu. O jaké vlastnosti se jedná? Různým zapojením tranzistoru se mění vstupní i výstupní odpor, proudové, napěťové a výkonové zesílení. Tyto parametry výrazně ovlivňují činnost obvodu, v kterém tranzistor pracuje.

Zapojení se společným editorem (SE)

Vstupní signál se přivádí mezi bázi a editor, přičemž editor funguje jako společná elektroda. Výstupní signál odebíráme z kolektoru proti společné elektrodě – editoru. Protože přechod B-E je pólován v propustném směru, v zapojení SE je vstupní odpor R_vst malý. Výstupní obvod, představovaný obvodem CE, je polarizován v závěrném směru, a proto v zapojení se spol. editorem je výstupní odpor R_výst velký.

Jak se v tomto zapojení dosáhne otevření tranzistoru? Musí se otevřít přechod B-E, a k tomu je potřeba malé napětí U_BE. Obvykle se získá přímo od napájecího zdroje. Začne téci velký proud obvodem C-E, což se neobejde bez malého proudu v obvodu B-E.

Ve výstupním kolektorovém obvodu je vždy zařazen tzv. zatěžovací neboli pracovní odpor. Podrobnosti zatím vynecháme, ale připomeňme si, že průchodem poměrně velkého kolektorového proudu zatěžovacím odporem vzniká napětí, které je mnohem větší než vstupní napětí.. Co z toho vyvozujeme? Napěťové i proudové zesílení tranzistoru v zapojení SE je značné.

Výkonové zesílení je dáno součinem napěťového a proudového zesílení. V zapojení SE je výkonové zesílení velké. V žádném, ze zbývajících dvou zapojeních nelze dosáhnout tak velkého výkonového zesílení.

Zapojení se společnou bází (SB)

Vstupní signál se přivádí mezi editor a bázi, která je v tomto zapojení společnou elektrodou. Výstupní signál se odvádí z kolektoru proti společné elektrodě – bázi. Budícím proudem je tedy emitorový proud I_E, o kterém víme, že je největším proudem tranzistoru. Znamená to zároveň, že výstupní kolektorový proud je vždy menší než vstupní. Je zmenšení o prou báze, a proto nelze mluvit o proudovém zesílení. To je v každém případě menší než 1.

Dále nás zajímá vstupní odpor. Víme, že podle Ohmova zákona je odpor přímo úmerný napětí a nepřímo úměrný proudu.

Do vztahu vložíme příslušné veličiny:

Vstupní napětí U_EB, které dosadíme do čitatele zlomku, je stejně malé jako v zapojení SE. Ve jmenovateli zlomku je však proud editoru I_E, a ten je velký, mnohem větší než proud báze v předešlém zapojení. Výsledná hodnota zlomku bude malá, protože ve jmenovateli je velké číslo. Vstupní odpor v zapojení SB je velmi malý. Ve výstupním obvodu je přechod C-B polarizován v závěrném směru, proto výstupní odpor je velký.

Používá se někde toto zapojení SB? Jeho význam poklesl, nejvíce se uplatnilo ve vysokofrekvenčních obvodech se staršími tranzistory. Umožnilo dosáhnout zvláště malý vstupní odpor, který byl podmínkou ke stabilní činnosti vysokofrekvenčního zesilovače.

Zapojení se společným kolektorem (SC)

Vstupní signál přichází do báze a společné elektrody, kterou je kolektor. Výstupní signál se odebírá z editoru proti kolektoru. Nutno podotknout, že pro praktické použití je takové zapojení značně nepohodlné, a proto je v původní podobě ve schématech asi neuvidíte. Osvědčilo se upravené zapojení, které se navenek dost liší, avšak po elektrické stránce rovnocenné.

Řídicím proudem je proud báze. Ten jak víme, je mnohonásobně menší než výstupní proud editoru. Proto proudové zesílení je velmi dobré. Horší je to s napěťovým zesílením. To je menší než 1, a tak výstupní napětí na editoru je vždy menší než přiváděné vstupní napětí. Přesto se zapojení SC občas používá. Poskytuje totiž jednu neocenitelnou výhodu: velký vstupní odpor.

Z Ohmova zájkona plyne, že

Ve jmenovateli je I_B vyjádřen číslem mnohem menším než jedna, protože proud bází je nepatrný. Hodnota zlomku je proto velká, vstupní odpor R_vst je značně velký. Úplným opakem je hodnota výstupního odporu. Ten je velmi malý. Snadno to pochopíme, uvědomíme-li si, že výstupní napětí je menší než 1 a proud editoru je přitom značný.

Hodnota zlomku je malá, výstupní odpor je značně malý.

Zapojením tranzistoru SC používáme tehdy, jestliže se požaduje velký vstupní odpor tranzistoru. Ten je nutný k tomu, aby nezatěžoval zdroj vstupního signálu, k němuž se tranzistor připojí. Rovněž malý vstupní odpor zesilovače je v mnoha případech vítaný. Tak např. jeho prostřednictvím lze přenášet střídavý signál (od mikrofonu) po dlouhém vedení, aniž by se signál znehodnotil naindukovaným rušivým napětím z okolního prostředí. Nejčastěji se rušení projevuje neodstranitelným brumem.

Stručný přehled vlastností

Z tabulky je zřejmé , že nejčastěji se použije zapojení tranzistoru se společným editorem (SE). Cenné je to, že kromě velkého proudového zesílení vykazuje také největší proudové zesílení. Ostatní zapojení (SB,SC) volíme tehdy, potřebujeme-li využít některou v výrazných vlastností těchto zapojení.